Cultivo de tejidos del órgano entero

Bioengineering

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Summary

Órganos enteros pueden ser cultivadas ex vivo utilizando Biorreactores especializados, con el objetivo de reparar o reemplazar órganos enteros. Este método utiliza un órgano de donante que es despojado de todas las células, dejando atrás la estructura tridimensional y entonces es repoblado con células nuevas. Este video demuestra la cultura de todo órgano de los pulmones y muestra cómo una cultura dinámica que imita el estímulo mecánico en el cuerpo es necesario para inducir propiedades de tejido propio.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bioingeniería. Cultivo de tejidos del órgano entero. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Cultivos in vitro de órganos parciales o enteros se utilizan a menudo exactamente modelo tejido y órgano funcionar en distintas condiciones de prueba. Todo cultivo puede implicar la descelularización, de un órgano suprimido o eliminación de las células, con el fin de utilizar la estructura del órgano nativo. Esto es seguido por la recelularización con nuevas células. El uso de biorreactores especializados, a menudo se incorporan en el proceso de recelularización, imitar el crecimiento del tejido en el cuerpo. Este video se introduce los principios fundamentales detrás de cultivo de tejidos del órgano entero y demostrar el procedimiento en el laboratorio.

Este proceso comienza con la cosecha de un órgano de donante. En este ejemplo mostramos un pulmón de donante de un mono. A través de un proceso llamado perfusión detergente, sistemáticamente se limpia el órgano aislado de la población nativa de la célula por una serie de lavados. Dando como resultado una matriz de órgano acelular estéril. A continuación la matriz del tejido se recellularized con tipos específicos de la célula, como una línea establecida de células madre. Las células también pueden ser donadas por la persona que está recibiendo el ingeniería del tejido. Llamado trasplante autólogo de la célula. Esto mitiga el rechazo y mejora la biocompatibilidad del órgano. Alternativamente, pueden utilizarse las células de un donante diferente. Se llama trasplante alógeno. Esto deba ser perseguido, si un número suficiente de células no puede ser cosechado del potencial destinatario. Una vez que las células se siembran en el órgano, se utilizan biorreactores de tejido para estimular la proliferación celular y crecimiento de tejido directo. Estos reactores objetivo dinámicamente el órgano de la cultura y mímico el ambiente nativo encontrado in vivo. Por ejemplo, el órgano puede conectarse a una bomba peristáltica para simular el flujo de sangre. Ahora que has aprendido sobre los principios de la cultura de órgano, echemos un vistazo a un ejemplo de procedimiento que implica la cultura de todo órgano de pulmones de donantes.

Para comenzar al donante pulmones se colocan en una bandeja de disección y la arteria pulmonar canulados introduciendo un conector luer hembra en la cavidad abierta. Un segundo conector luer hembra, entonces se inserta en la abertura traqueal. Tamponada fosfato salino o PBS, con 30 unidades por ml de heparina y cinco microgramos por mililitro de nitroprusiato de sodio, luego se inculca para facilitar la ampliación de los vasos sanguíneos y la eliminación de aire de los pulmones. La solución es expulsada por retroceso natural y repite dos veces más antes de que capsula la cánula, para mantener la solución en los pulmones para disolver la sangre residual. Entonces ambas aurículas son lacerados y se quita la tapa de cánula traqueal luer, para facilitar el drenaje de líquido. Perfusión continua con la solución de PBS y heparina de sodio nitroprusiato, hasta tanta sangre como sea posible se retira de la vasculatura pulmonar. Para comenzar a decellurization, los pulmones son inflados e impregnados con agua desionizada. Después de cinco lavados arteriales y vasculares, los pulmones se quitan del agua y sumergidos en un detergente llamado Tritón, para eliminar las células y afectar mínimamente a la matriz de órgano. Los pulmones se inflan dos veces más con una solución de Tritón, antes de incubar durante la noche a cuatro grados centígrados. Tras la incubación, los pulmones se lavan cinco veces más, con agua desionizada. A continuación, los pulmones están sumergidos en solución de desoxicolato de sodio 2% y luego lavaron varias veces más, con solución de agua y buffer, para facilitar la descelularización y eliminación de desechos celulares. Cuando totalmente purificado el órgano se almacena en solución de PBS estéril en cuatro grados centígrados hasta su uso.

Para imitar el comportamiento natural de los pulmones puede utilizarse un biorreactor especializado, como se muestra aquí. En primer lugar, la cámara principal del reactor se llena con medio de cultivo, que ha sido equilibrado a la atmósfera de dióxido de carbono del 5%. Luego se instala el órgano. Una vez conectado se asegura la tapa y se retira todo el aire, de la tubería utilizando una jeringa. El biorreactor se traslada entonces a una incubadora de cultivo de tejidos se equilibren. A continuación, los pulmones se ventilan con aproximadamente, una respiración completa cada dos minutos. Y el medio se distribuye a través de la vasculatura a través de la bomba peristáltica, a aproximadamente 10 mililitros por minuto, para un total de 30 minutos.

Para vía aérea siembra los pulmones están inflados, con una célula suspensión que contiene la médula ósea derivados de células madre mesenquimales. A recellularize de los alvéolos, que son responsables del oxígeno y el dióxido de carbono, intercambio de gases que ocurre en los pulmones. Los pulmones se incuban entonces durante la noche, para permitir que las células a la matriz decellularized. Después de la incubación durante la noche, se reinicia la ventilación, y las células pueden crecer en la matriz del órgano durante varios días. Sembrador vascular próximo se completa con la introducción gradual de las células endoteliales mediante la bomba peristáltica, para iniciar la recelularización de pequeños vasos. Y luego cultivadas estáticamente durante varias horas, para facilitar el desarrollo de un órgano celular preciso. Medio de cultivo se distribuye otra vez, y las células son cultivadas durante una semana para promover el crecimiento y fijación bajo condiciones dinámicas. Una vez que el crecimiento de tejido histología se realiza, para confirmar la fijación y crecimiento de las células madre mesenquimales y las células endoteliales de la vasculatura y las vías respiratorias del órgano. La histología muestra la fijación de las células madre mesenquimales y las células endoteliales a los alvéolos en el andamio de matriz y pequeños vasos vasculares. La creación de la apariencia del tejido pulmonar nativa.

Ahora que han aprendido sobre la cultura del órgano entero, vamos a echar un vistazo a algunas aplicaciones prácticas de esta tecnología fuera el objetivo principal de la medicina regenerativa y reemplazo del órgano. Todo cultivo puede utilizarse también como una forma de prueba de productos farmacéuticos o dispositivos de entrega de drogas. Por ejemplo en esta tiroides del ratón embrionario de estudio fueron explantados, cultivadas y utilizadas como un modelo de órgano para observar cómo experimentales agentes farmacéuticos son transportados a través de los órganos y tejidos. Esta simulación puede conducir en última instancia a la representación más realista de cómo una droga, es transferida dentro de un órgano en vivo. Por último, cultivo de tejidos del órgano entero puede utilizarse para estudiar, el comportamiento de los tejidos en diversas condiciones. Por ejemplo, los discos intervertebrales se cosecharon de colas bovinas para estudiar los posibles mecanismos de degeneración del disco. Se utilizaron Biorreactores especialmente diseñadas para inducir la carga mecánica sobre el disco, con el fin de entender mejor cómo estas cargas afectan la degeneración.

Sólo has visto video de Zeus sobre todo cultivo de tejidos de órganos. Ahora debe comprender cómo todo órganos, pueden ser cultivadas en vitro, y cómo se aplica esta técnica en el campo de la bioingeniería. Gracias por ver.

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